سامانه‌های ترکیبی عامل‌های فعال‌سطح یونی و غیریونی – بخش 1

در صنعت به‌طور گسترده‌ای از سامانه‌های حاوی ترکیبی از عامل‌های فعال‌سطح یونی و غیریونی به‌منظور تولید محصول‌های لاتکس استفاده می‌شود. عامل‌های فعال‌سطح یونی می‌توانند نیروی دافعه‌ی الکترواستاتیک را میان دو لایه‌ی دوگانه‌ی الکتریکی با بار یکسان ایجاد نمایند. در مقابل، عامل‌های فعال‌سطح غیریونی قادر هستند تا میان دو ذره‌ی لاتکس از طریق سازوکار پایدارسازی فضایی ممانعت ایجاد کنند. علاوه‌بر این، عامل‌های فعال‌سطح غیریونی می‌توانند پایداری در برابر مواد شیمیایی و چرخه‌ی یخ‌زدن‑آب‌شدن را برای محصول‌های لاتکس بهبود بخشند. مطالعه‌های زیر به‌وضوح نشان می‌دهند که سازوکارها و سینتیک واکنش در گستره‌ای از پلیمریزاسیون‌های امولسیونی پایدارشده با عامل فعال‌سطح غیریونی و یا ترکیبی از عامل‌های فعال‌سطح یونی/غیریونی، در مقایسه با نظریه‌ی رایج اسمیت‑اوارت بسیار پیچیده‌تر است.

1-سامانه‌های عامل فعال‌سطح غیریونی

اُزدیر و همکارانش کوپلیمریزاسیون امولسیونی استایرن و n‑بوتیل‌اکریلات را با استفاده از ُاکتیل‌فنل‌پلی‌اتوکسیلات به‌طور متوسط حاوی 40 واحد مونومری اتیلن‌اکساید به‌ازای هر مولکول (Triton X‑405) به‌عنوان یک عامل فعال‌سطح غیریونی مطالعه کردند. اگرچه مقدار این عامل فعال‌سطح غیریونی مصرفی کاملاً بیش‌تر از غلظت بحرانی مایسل است، تمایل مولکول‌های Triton X‑405 به‌حضور در فاز روغنی منجر می‌شود تا غلظت این ماده در فاز آبی پیوسته به‌منظور پلیمریزاسیون امولسیونیِ حاوی کم‌ترین مقدار تا میزان متوسط از این عامل فعال‌سطح غیریونی، کم‌تر از غلظت بحرانی مایسل مربوطه باشد. در نتیجه، پلیمریزاسیون‌های امولسیونی حاوی کم‌ترین و بیش‌ترین مقادیر از Triton X‑405 منجر به‌محصول‌های لاتکس با یک توزیع در اندازه‌ی ذره‌ها (توزیع دارای یک مقدار بیشینه) می‌شود. از سویی دیگر، محصول‌های لاتکس با توزیع یکنواخت در اندازه‌ی ذره‌ها از پلیمریزاسیون‌های امولسیونی حاوی مقادیر متوسط این عامل فعال‌سطح غیریونی بدست می‌آیند. این نتایج تجربی گواهی بر هسته‌گذاری همگن و هسته‌گذاری لخته‌ای به‌منظور پلیمریزاسیون‌های امولسیونی حاوی مقادیر پایین از Triton X‑405 و نیز هسته‌گذاری همگن و هسته‌گذاری لخته‌ای و در ادامه هسته‌گذاری مایسلی برای پلیمریزاسیون‌های امولسیونی حاوی مقادیر متوسط از این عامل فعال‌سطح غیریونی و درنهایت هسته‌گذاری مایسلی به‌منظور پلیمریزاسیون‌های امولسیونی حاوی مقادیر بیش‌تری از آن خواهد بود.

کاپک و چودج پلیمریزاسیون امولسیونی استایرنِ پایدارشده با پلی‌اتیلن‌اکساید سوربیتان‌مونولورات را در حضور به‌طور متوسط 20 واحد مونومری از اتیلن‌اکساید به‌ازای هر مولکول (Tween 20) مطالعه کردند. این پلیمریزاسیون از طریق سامانه‌ی اکسایش‑کاهش آمونیوم‌پرسولفات و سدیم‌تیوسولفات شروع شد. نکته‌ی قابل‌توجه آن است که دوره‌ی سرعت واکنش ثابت در این سامانه‌ی پلیمریزاسیون وجود ندارد. سرعت بیشینه‌ی پلیمریزاسیون به‌ترتیب با توان 45/0‑ و 5/1 با غلظت آغازگر و عامل فعال‌سطح متناسب است. تعداد نهایی ذره‌های لاتکس به‌ازای واحد حجم آب نیز به‌ترتیب با توان 32/0 و 3/1 با غلظت آغازگر و عامل فعال‌سطح متناسب است. علاوه‌بر این، وزن مولکولی پلیمر بدست‌آمده به‌ترتیب با توان 62/0 و 97/0‑ با غلظت آغازگر و عامل فعال‌سطح متناسب است. ممکن است برخی از سازوکارهای واکنشی، علت انحراف سامانه‌ی پلیمریزاسیون را از نظریه‌ی سنتی اسمیت‑اوارت توضیح دهند. لین و همکارانش پلیمریزاسیون امولسیونی استایرنِ پایدارشده با نونیل‌فنل پلی‌اتوکسیلات با تعداد متوسط 40 واحد مونومری اتیلن‌اکساید به‌ازای هر مولکول (NP‑40) را بررسی نمودند. در این مطالعه، واکنش در حضور سدیم‌پرسولفات شروع شد. منحنی‌های سرعت پلیمریزاسیون برحسب درصد تبدیل مونومر، دو بازه‌ی متغیر در سرعت واکنش و یک بازه‌ی نامشخص با سرعت ثابت در میان آن‌ها را نشان می‌دهند.

سرعت پلیمریزاسیون و تعداد نهایی ذره‌های لاتکس به‌ازای واحد حجم آب به‌ترتیب با توان 4/1 و 4/2 با غلظت NP‑40 متناسب است. سامانه‌ی پلیمریزاسیون از مدل هسته‌گذاری مایسلی متداول پیروی نمی‌کند و علت این انحراف، احتمالاً برخی از سازوکارهای واکنشی هستند.

اوزینب و همکارانش به‌منظور مطالعه‌ی هسته‌گذاری و نیز اندازه‌ی ذره‌های لاتکس و توزیع آن، کوپلیمریزاسیون‌های امولسیونی n‑بوتیل‌اکریلات و متیل‌اکریلات را در حضور انواع گوناگون و غلظت‌های متفاوت از عامل‌های فعال‌سطح (Triton X‑405 و دودسیل‌سولفات) انجام دادند. حضور متیل‌متاکریلات نسبتاً آبدوست در فاز آبی پیوسته، تأثیر قابل‌توجهی بر غلظت بحرانی مایسل Triton X‑405 دارد. علاوه‌بر این، n‑بوتیل‌اکریلات نسبتاً آبگریز در فرآیند هسته‌گذاری ذره‌ها در کوپلیمریزاسیون‌های امولسیونی n‑بوتیل‌اکریلات و متیل‌متاکریلات، با تعداد نهایی ذره‌های لاتکس به‌ازای واحد حجم آب بسیار مشابه با ذره‌های لاتکس حاصل از هموپلیمریزاسیون n‑بوتیل‌اکریلات نقش مهمی دارد.

ادامه دارد…

گردآورنده: مهندس مهدیار یافتیان- شرکت سیماب رزین

بخوانید: تاثیر کراسلینکر زینک استات بر چسبندگی سطحی، دگرچسبی و هم‌چسبی

مرجع: